Welcome to Fukuzawa's Home Page (福澤秀哉のページ)

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<お知らせ>
●第10回クラミドモナス・ワークショップは、基礎生物学研究所で開催される予定です。

●新メンバーを募集中です。研究グループに加わるには,
(1) 大学院生になるために入学試験を受験する,<博士課程編入試験・修士課程入試は研究科のサイトを見て下さい>
(2)
日本学術振興会の特別研究員制度に応募する.
(3)
研究生・研修員としてメンバーに加わる.
(4)とにかく「自分を売り込むメール」を送り,相談してみる。(研究補助員を募集しています

<道は開かれています
。あとは,研究内容を調べて一歩を踏み出すことが大切です。連絡をお待ちしています。>

<連絡先> 〒606-8502 京都市左京区北白川追分町 
      京都大学大学院 生命科学研究科 統合生命科学専攻 応用生物機構学講座 微生物細胞機構学分野 
     Phone: 075-753-4298, FAX 075-753-9228(New !)
     電子メールアドレス: fukuzawa(@)lif.kyoto-u.ac.jp (ただし,カッコ内の「@」を小文字に変えて手入力して下さい。)

<大学院生になるには>
 京都大学大学院生命科学研究科では、広く大学院学生を募集しています。
 私たちは、微細藻類を研究材料に用い、「分子生物学に基づいた有用物質生産,バイオ燃料生産に直結する油脂工学,光合成を支えるCO2濃縮機構、環境変化(CO2・光・栄養源の変化)による遺伝子発現制御、CO2センサーとシグナル伝達、トランスクリプトームと代謝制御の関連,性の決定機構、ゲノムレベルでの環境応答機構と生存戦略の進化,光合成生物の比較ゲノム研究」といったテーマに取り組んでいます。特に緑藻クラミドモナスについては,ゲノムデータベースを構築して運用しています。光合成,ゲノム生物学,応用生命科学(バイオテクノロジー)の境界領域を開拓しようとしています。出身大学や経歴を問わず「おもしろい研究をやってみたい」という意欲のある方のご応募を期待しています。「百聞は一見に如かず」の言葉どおり、まず自分の目で研究の場をみていただき、疑問を投げかけていただくことが大切に思います。詳細は、このサイトをご覧の上、上記のメールアドレスまでお問い合わせ下さい。修士課程学生募集要項は、6月初旬に配布開始の予定です。出願資格審査が必要な場合がありますので、説明会や申請期限については、研究科のホームページをご覧下さい。修士入学者選抜のための学力検査は8月上旬です。博士後期課程編入の概要も毎年12月末には研究科ホームページに掲示されます。

<リンク> 

植物科学最先端研究拠点ネットワークに参加しています。微細藻類の光合成測定に関する機器をご利用頂けます。(詳細はここをクリック:pdfファイルです)

●2012年6月5日〜10日にポツダムで開催される「第15回クラミドモナス分子細胞生物学会議」のお世話をしました。2016年の第17回は日本で開催する事になりました。

●2012年7月13日〜16日に高知市で開催される「第9回アジア・パシフィック マリンバイオテクノロジー会議」で講演しました。

科学技術振興機構JSTが募集する戦略的創造研究推進事業 先端的低炭素化技術開発(ALCAバイオテクノロジー)に採択されました。
  「CO2濃縮強化によるスーパー光合成の実現と物質生産」研究期間:平成23年10月から平成28年度

●第3回日本光合成学会公開シンポジウム「光合成と藻類バイオテクノロジー」で講演しました(6月1日(金)12:30 〜 6月2日(土)15:00)
「緑藻クラミドモナスにおけるCO2の濃縮とセンシングならびに代謝変換」

第9回クラミドモナス・ワークショップが、2011年11月25日(金)午後1時〜26日(日)正午まで、岡崎コンファレンスセンター 中会議室(1階)で開催されました。

京大広報No.671 (2011.10) に拙文が掲載されました。

第7回無機炭素利用国際会議CCM7:淡路夢舞台 (2010.8.29-9.2)。
"The 7th International Symposium on Inorganic Carbon Utilization by Aquatic Photosynthetic Organisms (CCM7)
"特集号がPhotosynthesis Research から出版されました(Vol.109 (Number 1-3, Sept.2011)

<個人史・これまでの発表論文リスト・学外での活動>

<<重要文献>>
●微細藻類におけるCO2濃縮機構と物質生産。学術の動向 15(12):70-71 (2010)
●Yamano et al.: Photosynthetic characteristics of a multicellular green alga Volvox carteri in response to external CO2 levels possibly regulated by CCM1/CIA5 ortholog. Photosynthesis Research 109: 151-159 (2011)
●Ohnishi et al,: Expression of a low-CO2-inducible protein, LCI1, increases inorganic carbon uptake in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. Plant Cell 22: 3105−3117 (2010). 
●Yamanoet al.: Light and low-CO2 dependent LCIB/LCIC complex localization in the chloroplast supports the carbon-concentrating mechanism in Chlamydomonas reinhardtii. Plant Cell Physiol. 51: 1453-1468 (2010)
●福澤秀哉、久保雄昭、山野隆志:緑藻クラミドモナスのゲノムから植物と動物の機能を探る。蛋白質核酸酵素(共立出版)7月号(2008) 訂正
●Yamano et al. Expression analysis of genes associated with the induction of the carbon-concentrating mechanism in Chlamydomonas reinhardtii. Plant Physiol. 147: 340-354 (2008)
●Merchant et al. The Chlamydomonas genome reveals evolutionary insights into key animal and plant functions: Science 318: 245-250 (2007)
●A Novel Myb Transcription Factor LCR1 Regulates the CO2-Responsive Gene
Cah1 Encoding a Periplasmic Carbonic Anhydrase in Chlamydomonas reinhardtii. The Plant Cell, 16: 1466-1477(2004)
Expression profiling-based identification of CO2-responsive genes regulated by CCM1 controlling a carbon-concentrating mechanism in Chlamydomonas reinhardtii. Plant Physiol. 135: 1595-1607 (2004)
Ccm1, a regulatory gene controlling the induction of a carbon concentrating mechanism in Chlamydomonas reinhardtii, by sensing CO2 availability. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98: 5347-5352 (2001)

<研究テーマ> (このホームページでは、研究の概略を紹介します。詳細は、おいでになった時に詳しく説明させていただきます)

 光合成による物質生産,光合成のストレス順化、光とCO2のシグナル伝達、CO2輸送濃縮、生殖・性発現の分子機構などについて、遺伝学的手法・逆遺伝学的手法・ゲノム科学的手法ならびに形質転換系を利用して明らかにする。

1.光合成生物の環境変化に対する生理的適応をゲノムレベル・ポストゲノムで研究する(環境変化を捉えるセンサーと遺伝子発現調節ネットワークを明らかにする)
  「デジタル遺伝子発現解析による微細藻類のCO2濃縮・水素発生関連遺伝子の同定と利用」については,平成22年度新学術研究領域「ゲノム支援」事業に採択され,次世代シーケンサーを用いた大規模遺伝子発現解析を進めています。なお,収集した発現データはデータベース(KCGD)で公開します。

  解説日本語文献福澤秀哉、山野隆志:二酸化炭素による転写調節機構 − 緑藻クラミドモナスのCO2濃縮機構。蛋白質核酸酵素(共立出版)Vol. 50, pp. 958-965 (2005)---PDFファイルを「福澤」で検索すると取得できます

 地球上の全生命のエネルギー供給の基礎となっている光合成には、実に多くの遺伝子が関わっています。全ての光合成生物は、明暗・二酸化炭素濃度・寒暖といった環境の変動に対して適応・順化する能力を持ちます。私たちは、二酸化炭素の固定には炭酸脱水酵素が必須であることを、シアノバクテリア(ラン藻)の遺伝子破壊実験により初めて証明しました。続いて、土壌微生物の一種である緑藻クラミドモナスとラン藻から二酸化炭素を輸送に関わる遺伝子(炭酸脱水酵素・重炭酸輸送体の遺伝子)を発見しています。多くの遺伝子は、光や温度、CO2濃度などの変化によって発現スイッチが入ったり切れたりします。生物が環境の変化をどのように検知して、多くの遺伝子発現のスイッチをON/OFFするのか、そして、どのように環境変化に適応順化して生存可能となるのか、その機構を緑藻クラミドモナスをモデルに明らかにしようとしています。特に「CO2センサーは何か」、「真核生物のCO2輸送体は何か。」について研究しています。さらに、CO2輸送体の遺伝子を導入することで、二酸化炭素の固定能力が高い微細藻類・植物を作り出すことができるのか、その可能性を追求しています。

(Q)光合成生物(緑藻クラミドモナス)が、CO2や各種栄養源の枯渇や強光といった劣悪な環境に適応順化するには、どのような遺伝子が必要なのでしょうか。また、その遺伝子はどのように制御されているのでしょうか。
   これについては、cDNAアレイや次世代シーケンサーを用いた網羅的解析や、遺伝子のノックダウン変異株を利用することで回答が得られそうです。 
(Q)細胞内CO2濃度を検知し、CO2濃縮関連遺伝子の発現を制御するシグナル伝達系とはどのようなものか。三浦謙治さんとの論文(2001年PNAS)で制御因子CCM1を発見し報告しました。 
(Q)CO2応答性遺伝子の転写調節に関わるシス配列・トランス因子の実体はどのようなものか。九町健一さんとの論文(2003年Plant Physiol)で炭酸脱水酵素遺伝子のCO2応答性cis因子を報告し,能岡智さんとの論文(2004年Plant Cell)でMYB転写因子LCR1を発見し報告しました。 
(Q)無機炭素輸送体の実体はどのようなものか。大西紀和さんとの論文(2010年Plant Cell)で細胞膜輸送体LCI1を発見し報告しきました。LCI1の強制発現によって光合成を改変することが可能であることを示しました。 
(Q)単細胞でC4光合成回路を持たない緑藻は,C4植物のように低濃度のCO2を効率よく利用できるのはなぜか。山野隆志さんとの論文(2010年Plant Cell Physiol)で,葉緑体内の因子LCIBの重要性について報告しました。

2.藻類を用いたバイオ燃料の生産(微細藻の代謝工学をゲノムの視点から研究する:脂肪酸の合成・修飾・分解に関わる遺伝子を操作することで,これまでになかった有用脂肪酸を生産する藻株を分子育種する):高度不飽和脂肪酸(ピノレン酸等)・ステロールなどの合成酵素の遺伝子を単離・同定し,これを利用して、藻類・植物・微生物に導入し、有用物質を生産をするための基盤研究を進めています。例)A front-end desaturase from the green alga Chlamydomonas reinhardtii produces pinolenic and coniferonic acids by ω13 desaturation. Plant Cell Physiol. 47:64-73 (2006)なお,この研究成果を元に,国際特許が成立しました。「Δ5脂肪酸不飽和化活性を有するポリペプチドおよびそのポリペプチドをコードするポリヌクレオチドならびにそれらの利用(特願2004-205325、国際特許公開番号WO-2006/006710-A1, 2006年1月19日公開,発明者:福澤他2名、出願人:某株式会社)」

3.生物の生きざま(代謝・生殖)をゲノムの比較から研究する(比較ゲノム解析による進化・多様性のゲノム基盤の解明) 

生物の進化の過程でこれまで見過ごされていた緑藻ならびにコケ植物について、ゲノム配列解析や発現解析などを体系的に行い、進化・多様化をもたらしたゲノム的要因を明らかにしたい。特に以下の点について取り組んでいます。

(1)光合成環境応答関連遺伝子のゲノム進化と多様性:光合成に必須な遺伝子は、ラン藻(シアノバクテリア)を含めて多くの光合成生物で共通です。しかし、水生光合成生物と陸上植物では、環境応答(順化)に関わる遺伝子の種類や、葉緑体の機能に多様性があります。その多様化の獲得機構とゲノム進化との関連を明らかにしたい。特に陸上化・低CO2・強光を含めた環境変化への適応(順化)ならびに環境シグナルセンシングに関わる遺伝子群は、進化とともに新しく獲得されたと推定される。これらの遺伝子群を、トランスクリプトーム解析ならびに変異株を利用して解明する。

(2)性決定・生殖機構のゲノム進化と多様性:雌雄同型配偶子で性決定領域を染色体にもつクラミドモナス、雌雄異型配偶子でXとYの両性染色体をもつゼニゴケ、雌雄同体で雌雄異型配偶子をもつヒメツリガネゴケの3種についてゲノムレベルで比較し、生殖機構の進化・性決定、性分化に関わる遺伝子の獲得過程を推定する。これまでに、ゼニゴケのY染色体の構造を解析して、遺伝子の発現制御に関わる遺伝子を見いだしています。

(※)農学部での教育(分子生物学および分子生物学実験、卒業研究)を兼担してきました。

<キーワード> 

・光合成,二酸化炭素固定,CO2濃縮

・有用物質生産(油脂・炭化水素)

・CO2センシングとシグナル伝達機構

・転写調節機構

・炭酸脱水酵素

・生殖機構と性分化

・次世代シーケンサー

・トランスクリプトームとメタボローム

・代謝工学  

<研究材料>
クラミドモナスChlamydomonas reinhardtii(和名はコナミドリムシ。クラミドモナスは、土壌微生物の一種で,「緑の酵母」とも呼ばれる。微生物界,植物界(単細胞緑藻)と動物界(緑色鞭毛虫)に重複して分類されていたが、近年は原生生物に含まれる。雄株と雌株に分かれるが、外見では区別がつかない。最初に葉緑体DNAが発見された生物で、葉緑体、ミトコンドリアと核の3つのゲノムについてDNA形質転換が可能なことから、光合成、生殖、鞭毛モーターなどの遺伝子研究のモデル生物として世界中で利用されている。当研究室でゲノムライブラリー・EST・cDNAアレイが整備されている)
   京都大学クラミドモナスデータベース Kyoto Chlamydomonas Genome Database (KCGD)
  
Chlamydomonas Genetics Center at Duke University
   かずさDNA研究所ESTデータベース
   米国DOE-JGI Chlamydomonas genome データベース

シアノバクテリア(ラン藻)Synechocystis sp. PCC6803 最初に全ゲノム構造が解明された光合成生物。DNAを取り込んで形質転換する性質を持つ株なので、研究材料としてよく使われている。これ以外にもSynechococcus PCC7942は形質転換が可能で、オペロン構造が6803株より多く見られる。葉緑体の祖先生物。)
   かずさDNA研究所データベース SyanoBase

<炭酸ガス(CO2)を食べる生命体の秘密とは?>

環境変化に順化する能力をもつ生物
 大気中の炭酸ガス濃度は,地球誕生当初は20〜40%でしたが,現在は0.036%(360ppm )に低下しており,逆に酸素濃度は数%から20%に上昇しています。この大気組成の変化を決定づけたのは光合成生物でした。またヒトを含めた生物のエネルギー源は,元をたどれば光合成反応の産物なので,光合成は全生命のエネルギー供給(食糧)の基盤を担っているといえます。光合成の反応効率は、光の強度・栄養源の有無・二酸化炭素の濃度・温度といった環境の変動に大きく依存します。環境変化に対して、生物は自分自身で巧妙に適応する(順化する)能力をもっています。この生物のしたたかな生存戦略には,多くの遺伝子が関わっています。

CO2濃縮装置を持つ光合成生物:微細藻類
 土壌微生物を含む多くの光合成生物が,光エネルギーを使ってCO2と水(H2O)からデンプンやショ糖を作っています。中でも,微細藻類には,葉緑体の祖先生物として知られるシアノバクテリア(ラン藻)や単細胞緑藻クラミドモナスがいます。微細藻類は,海や湖沼のほかに水田や畑など、いろんな場所で見かけられます。クラミドモナスが集合し多細胞体に進化して、ボルボックスが出現したと推定されています。これらクラミドモナスやクロレラを含む微細藻類は,CO2濃縮装置をもつ光合成のモデル植物として研究に使われてきました。また,トウモロコシやサトウキビも別のCO2濃縮装置をもっています。

二酸化炭素が足りなくなると植物はどうするの?
 
光合成の最中にCO2がなくなると,光エネルギーで得た電子を消費できなくなるので,細胞内では,活性酸素などの有毒物質が蓄積します。このような過還元状態を細胞はシグナルとして検知して,このCO2欠乏シグナルがCO2濃縮(順化)に必要な遺伝子に伝えられて,発現スイッチがONになると考えられています。CO2は,細胞中では水に溶解するだけでなく,水と反応して重炭酸イオン(HCO3)とプロトン(H)との平衡状態になります(式1)。

     CO2 + H2O ? HCO3 + H    ----(式1)

 光合成固定酵素の反応基質は,分子状のCO2です。葉緑体では,光を受けるとストロマは還元状態となるので,(式1)の平衡は右へ移動し,相対的にCO2濃度が低下してしまいます。この不都合を解消するために細胞は,炭酸脱水酵素の遺伝子を発現させ,不足したCO2を補う反応 を誘導します。このほかにも,CO2またはHCO3を細胞の外から集めるポンプ(輸送体)の遺伝子もCO2不足で誘導されることが知られています。

生命の設計図(=ゲノム)にCO2応答性遺伝子はいくつあるの?
 
ゲノムには,数千〜数万種類の遺伝子がありますが,全ての遺伝子の発現を一度に解析できるポストゲノム時代が到来しました。この遺伝子の網羅的発現解析には,DNAマイクロアレイ(図1)・DNAマクロアレイ(図2)を使います。ただし,多数の遺伝子の発現レベルを数値化して解析するには,人間の手作業では不可能なので,コンピュータープログラムが必須なのです。つまり,バイオサイエンスとコンピューターサイエンスの境界領域(バイオインフォーマティクス)に挑む人材が求められています。「生物学のIT革命」とも呼ばれています。

生物のCO2センシングとCO2輸送体の研究と応用
 当研究室ではこれまでに、緑藻とシアノバクテリアから二酸化炭素を輸送するために働く炭酸脱水酵素(式1の反応を触媒する酵素)の遺伝子を発見しています。この遺伝子の発現は,光とCO2によって制御されています。このような環境の変化(特にCO2濃度の変動)を植物がどのように検知して、遺伝子発現のスイッチをON/OFFするのかをシグナルとしてとらえ、その伝達機構を明らかにしようとしています。また、植物の生産性を向上させるために、CO2を輸送するポンプをコードする遺伝子を単離して,その能力を強化した植物を作り出す可能性を追求しています。

 <担当授業>

・大学院 生命科学研究科 統合生命科学専攻 

「特別実験及び演習1・2(修士論文・博士論文)」

・農学部 応用生命科学科(兼担)平成22年度まで

「分子生物学1」の補助ページ(受講生はここをクリック) 

「分子生物学実験:ゲノム情報データベースの利用(その1)」(受講生はここをクリック) 

 


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<研究室への道> 北部構内 農学・生命科学研究棟です。

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